Síntesis y caracterización de materiales catalíticos a base de óxidos mixtos de níquel, magnesio y aluminio

Abstract

ABSTRACT The main goal of this thesis is to provide a study of an oxide catalyst system based on nickel and magnesium, evaluated on oxidative dehydrogenation reaction of ethane (ODHC2) to produce ethylene, through a series of laboratory experiments. Firstly, the formation of a system of nickel and magnesium aluminate is established by adding increasing amounts of nickel to Al2O4 and MgAlO4. Experiments were performed on a catalytic system developed by Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) consisting of a mixture of metal oxides. The solids prepared were characterized by different techniques, such as atomic absorption spectroscopy, differential thermal analysis (DTA), thermogravimetric analysis (TGA) and X-ray diffraction. The catalytic activity tests were conducted in a microplant type continuous flow, at laboratory level. In order to address the aforementioned problems, the present thesis is organized as follows. Trying to locate the reader in the context of the topic at the beginning of writing, a literature review on the importance of ethylene at international and national level is presented, and the business processes that provide higher volumes of production of the olefin in the present. Subsequently, the most important characteristics of the DHO-C2 as an alternate process in ethylene production are discussed later, referring to the advantages over current processes. . In the next chapter a description of the reaction system used in catalytic experiments, the selected operating conditions and the sequence of calculation of material balances and catalytic performance raters are shown, i.e., conversion, selectivity, yield and efficiency, etc. in the reaction of ethane DHO. Subsequently, a general discussion of the experimental results, focused on global trends regarding the process variables assessed are presented. At the end of this thesis the general conclusions of the study and the literature consulted during the development of this thesis are presented.

RESUMEN Esta tesis experimental tiene como propósito central el estudio de un sistema catalítico de óxidos metálicos a base de níquel y magnesio, evaluado en la reacción de deshidrogenación oxidativa del etano para la obtención de etileno (DHO-C2). Primeramente se establece la formación de un sistema de aluminato de níquel y magnesio, mediante la adición de cantidades crecientes de níquel a un soporte de Al2O4 y de MgAlO4. Dichos experimentos fueron realizados sobre un sistema catalítico desarrollado en el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP), consistente de una mezcla de óxidos metálicos. Los sólidos preparados se caracterizaron por diferentes técnicas, tales como: espectroscopia de absorción atómica, Análisis Térmico Diferencial (DTA), Análisis Termogravimétrico (TGA) así como Difracción de Rayos X. Las pruebas de actividad catalítica se realizaron en una microplanta del tipo flujo continuo, a nivel laboratorio. Con la finalidad de abordar la problemática referida, el presente trabajo de tesis está organizado de la siguiente forma. Tratando de ubicar al lector en el contexto del tema, al comienzo del escrito, se presenta una revisión bibliográfica acerca de la importancia del etileno a nivel internacional y nacional, y de los procesos comerciales que aportan los mayores volúmenes de producción de la olefina en la actualidad. Posteriormente se discuten las características más relevantes de la DHO-C2 como proceso alterno en la producción de etileno, haciendo referencia a las ventajas sobre los procesos actuales. . En el capítulo siguiente se muestra una descripción del sistema de reacción utilizado en los experimentos catalíticos, las condiciones de operación seleccionadas y la secuencia de cálculo de balances de materiales y calificadores del desempeño catalítico, i.e., conversión, selectividad, rendimiento y eficiencia, etc., en la reacción de DHO de etano. Posteriormente, se presenta una discusión general de los resultados experimentales, enfocados en tendencias globales relativas a las variables de proceso evaluadas. Al final de esta tesis se presentan las conclusiones generales del trabajo así como la bibliografía consultada durante el desarrollo de esta tesis